丙烯酰胺单体溶液生产方法与流程

本发明涉及丙烯酰胺生产，尤其涉及丙烯酰胺单体溶液生产方法。

背景技术：

1、丙烯酰胺是一种重要的化工中间体，广泛用于生产聚丙烯酰胺、絮凝剂、污水处理剂、造纸和纺织助剂等。其制备方法主要包括两种：化学法和生物催化法。

2、化学法制备丙烯酰胺主要包括腈水合法和水解法，腈水合法以丙烯腈为原料，在酸性介质中和硫酸铜催化下，将丙烯腈水解为丙烯酰胺；水解法为丙烯腈直接与水反应，生成丙烯酰胺，通常在高温高压条件下进行。现有的化学法制备丙烯酰胺存在副产物多、环境污染较大和能耗高等问题。

3、生物催化法制备丙烯酰胺主要包括酶催化法和微生物催化法，酶催化法是利用腈水合酶将丙烯腈直接水解为丙烯酰胺；微生物催化法则是通过能够产生腈水合酶的微生物来催化丙烯腈水解生成丙烯酰胺。现有的生物催化法制备丙烯酰胺存在酶稳定性较差和生产成本较高等问题。

技术实现思路

1、基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了丙烯酰胺单体溶液生产方法，以高稳定性的固定化腈水合酶对丙烯腈进行水解，解决了现有的生物催化法制备丙烯酰胺存在的酶稳定性较差和生产成本较高的问题。

2、本发明提出的丙烯酰胺单体溶液生产方法，方法步骤如下：将丙烯腈、水和固定化腈水合酶加入反应釜中进行水合反应，制得丙烯酰胺单体；

3、所述固定化腈水合酶制备的方法步骤如下：

4、s1：分别将镍盐、钴盐和半胱氨酸溶于去离子水；

5、s2：将1-h-3,5-吡唑二甲酸一水合物溶于二甲基亚砜；

6、s3：将镍盐溶液和钴盐溶液混匀后加入半胱氨酸溶液中并混合均匀；

7、s4：将s2的1-h-3,5-吡唑二甲酸一水合物溶液加入s3的混合溶液中进行反应，经过滤和真空干燥后得催化剂载体；

8、s5：将催化剂载体分散于pbs缓冲液中，再加入腈水合酶，搅拌后静置，制得固定化腈水合酶。

9、优选地，丙烯腈和水的体积比为1:3-5，所述固定化腈水合酶的添加量为丙烯腈和水总质量的0.05-0.15％。

10、优选地，水合反应的温度为18-25℃，时间5-10h。

11、优选地，s1中镍盐为硝酸镍、乙酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或几种；钴盐为硝酸钴、乙酸钴、硫酸钴、氯化钴中的一种或几种；半胱氨酸为l-半胱氨酸。

12、优选地，1-h-3,5-吡唑二甲酸一水合物、镍盐、钴盐和半胱氨酸的摩尔比为1:0.3-0.5:0.3-0.5:0.05-0.15。

13、优选地，s4中反应的温度为20-30℃，时间12-36h；真空干燥的温度为30-40℃，时间1-3h。

14、优选地，s5中搅拌时间5-10h，搅拌速率100-300rpm，静置的时间为10-14h，静置温度0-35℃。

15、优选地，所述反应釜包括上端开口的釜体，所述釜体上端开口处可拆卸设置有釜盖，所述釜体底部设置有出料管，所述釜盖设置有第一进料管、第二进料管、第三进料管和搅拌电机，所述搅拌电机的输出轴固定设置有搅拌轴，所述搅拌轴位于所述釜体内均匀分布有若干搅拌桨；

16、所述釜体内还设置有环形的分布器，所述分布器包括分布腔，所述分布腔上端连接有若干均匀分布的调节腔，所述调节腔内可拆卸设置有喷射头，所述喷射头设置有与分布腔连通的喷射孔，所述分布腔通过循环管与所述釜体底部连通，且所述循环管上设置有循环泵。

17、优选地，所述搅拌桨分布在所述分布器的上方和下方。

18、优选地，搅拌轴的搅拌速率n按如下公式确定：

19、n＝300·qα·sin(θ+θ0)β

20、式中，q为循环泵流量；θ为喷射孔倾斜角度；θ0为角度校正值；α为循环泵流量影响指数；β为喷射孔倾斜角度影响指数。

21、本发明的有益技术效果：

22、(1)本发明利用镍和钴合成双金属有机框架，能够通过调节金属离子之间的电子相互作用，优化mof的电子结构，这种电子调控可以影响mof的导电性和电子密度分布，从而提高酶与基质之间的电子转移效率；此外，镍、钴双金属中心可以通过协同作用增强mof的稳定性和催化性能，镍和钴具有不同的氧化还原电位，有效地保证腈水合酶的稳定性和催化效率。

23、(2)本发明的半胱氨酸能够与mof的金属中心(镍、钴)形成稳定的配位键，这种配位作用能够稳定腈水合酶在mof上的固定化，从而提高酶的活性和稳定性；半胱氨酸上的氨基和羧基还能够与mof形成氢键作用，提高mof的亲水性，有助于在水中保持酶的结构稳定性，并增强酶的催化活性；此外，半胱氨酸还能够改善mof与腈水合酶之间的亲和力，使得酶在mof上的固定更加稳定；最后半胱氨酸的硫原子还能够参与电子转移过程，进一步促进酶的电子传递效率，加速反应速率，提升腈水合酶的催化性能。

24、(3)本发明的1-h-3,5-吡唑二甲酸一水合物能够与镍和钴形成稳定的螯合结构，不仅能够增强mof结构的稳定性，还能够提供更多的结合位点；通过调控mof的孔道尺寸和形貌，可以提高腈水合酶的固定化效果，且该孔道结构能够给腈水合酶提供适当的微环境，有助于维持腈水合酶的活性。

25、(4)本发明构建了搅拌速率与循环泵流量和喷射孔喷射角度的数学模型，当三者满足该数学模型时，能够得到最优的丙烯酰胺生产效率。

技术特征：

1.丙烯酰胺单体溶液生产方法，其特征在于，方法步骤如下：将丙烯腈、水和固定化腈水合酶加入反应釜中进行水合反应，制得丙烯酰胺单体；

2.根据权利要求1所述的丙烯酰胺单体溶液生产方法，其特征在于，丙烯腈和水的体积比为1:3-5，所述固定化腈水合酶的添加量为丙烯腈和水总质量的0.05-0.15％。

3.根据权利要求1所述的丙烯酰胺单体溶液生产方法，其特征在于，水合反应的温度为18-25℃，时间5-10h。

4.根据权利要求1所述的丙烯酰胺单体溶液生产方法，其特征在于，s1中镍盐为硝酸镍、乙酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或几种；钴盐为硝酸钴、乙酸钴、硫酸钴、氯化钴中的一种或几种；半胱氨酸为l-半胱氨酸。

5.根据权利要求1所述的丙烯酰胺单体溶液生产方法，其特征在于，1-h-3,5-吡唑二甲酸一水合物、镍盐、钴盐和半胱氨酸的摩尔比为1:0.3-0.5:0.3-0.5:0.05-0.15。

6.根据权利要求1所述的丙烯酰胺单体溶液生产方法，其特征在于，s4中反应的温度为20-30℃，时间12-36h；真空干燥的温度为30-40℃，时间1-3h。

7.根据权利要求1所述的丙烯酰胺单体溶液生产方法，其特征在于，s5中搅拌时间5-10h，搅拌速率100-300rpm，静置的时间为10-14h，静置温度0-35℃。

8.根据权利要求1所述的丙烯酰胺单体溶液生产方法，其特征在于，所述反应釜包括上端开口的釜体(1)，所述釜体(1)上端开口处可拆卸设置有釜盖(11)，所述釜体(1)底部设置有出料管(3)，所述釜盖(11)设置有第一进料管(7)、第二进料管(8)、第三进料管(10)和搅拌电机(9)，所述搅拌电机(9)的输出轴固定设置有搅拌轴(6)，所述搅拌轴(6)位于所述釜体(1)内均匀分布有若干搅拌桨(12)；

9.根据权利要求8所述的丙烯酰胺单体溶液生产方法，其特征在于，所述搅拌桨(12)分布在所述分布器(2)的上方和下方。

10.根据权利要求8所述的丙烯酰胺单体溶液生产方法，其特征在于，搅拌轴的搅拌速率n按如下公式确定：

技术总结本发明公开了丙烯酰胺单体溶液生产方法，方法步骤如下：将丙烯腈、水和固定化腈水合酶加入反应釜中进行水合反应，制得丙烯酰胺单体；反应釜包括釜体，釜体上端设置有釜盖，釜体底部设置有出料管，釜盖设置有第一进料管、第二进料管、第三进料管和搅拌电机，搅拌电机的输出轴设置有搅拌轴，搅拌轴上分布有搅拌桨；釜体内还设置有环形的分布器，分布器包括分布腔，分布腔上端连接有调节腔，调节腔内设置有喷射头，喷射头设置有与分布腔连通的喷射孔，分布腔通过循环管与釜体底部连通，且循环管上设置有循环泵。本发明以高稳定性的固定化腈水合酶对丙烯腈进行水解，解决了现有的生物催化法制备丙烯酰胺存在的酶稳定性较差和生产成本较高的问题。技术研发人员：王林,徐强,赵国华,王清清受保护的技术使用者：安徽巨成精细化工有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6